[发明专利]基于视觉传感的弧焊机器人焊接监控系统

说明书

技术领域

本发明涉及到一种机器人技术领域的系统，尤其是涉及到一种基于视觉传感的弧焊机器人焊接监控系统。

背景技术

焊接机器人目前广泛应用于汽车、航天制造等领域，主要分成点焊和弧焊两大类。现有的示教再现型机器人或离线编程机器人的焊接参数是根据作业条件预先设置的，在焊接过程中缺少外部信息传感和实时调整功能，这类焊接机器人对作业条件的一致性要求严格，焊接时缺乏“柔性”，不能适应焊接环境和过程的变化。但是在实际焊接过程中，作业条件是经常变化的，如焊接工件装配间隙和错边，焊接过程中受热及散热条件。为了克服机器人焊接过程中各种不确定因素对焊接质量的影响，提高机器人作业的智能化水平和工作的可靠性，这就要求焊接机器人系统具备在焊接过程中能够实现焊接参数的在线调整和焊缝质量的实时监控功能。而局部自主智能焊接机器人系统在示教再现型机器人机械本体基础上，融合传感技术、智能控制技术和计算机技术，实现焊接过程的自主化和智能化。

经对现有技术文献的检索发现，李延民等人在《焊接》(2002(4)：24-26)上发表的“TIG弧焊机器人系统在宇航大型铝合金贮箱箱底拼焊中的应用”中介绍的TIG弧焊机器人系统具有一定的代表性，该套机器人系统包括焊接机器人、主控计算机和焊接夹具组成，解决椭球箱底焊接自动化问题，焊接过程中运用机器人的电弧渐变指令，设定熄弧电流、熄弧距离，实现电流衰减堆高熄弧。但是，由于该套系统不能实时获取熔池动态信息、无法实现焊接参数的在线调整和焊缝质量的实时控制。

发明内容

本发明针对上述现有技术中的不足，提供了一种基于视觉传感的弧焊机器人焊接监控系统，使其通过增加视觉传感系统，克服不确定因素对焊接质量的影响，实现焊接动态过程焊接参数(脉冲峰值电流、收弧电流和送丝速度)和焊接过程状态实时检测和调整。

本发明是通过如下技术方案实现的，本发明包括：视觉传感系统、双逆变弧焊电源、接口电路装置、主控计算机、机器人控制器、焊接机器人，其中：

视觉传感系统负责在焊接过程中动态采集焊接熔池的图像，并将所采集的图像通过视频线传送到主控计算机；

双逆变弧焊电源内部引出状态监测端口、焊接电源焊接电流及送丝控制端口，其中状态监测端口包括引弧成功及脉冲同步端子信号，双逆变弧焊电源在焊接开始阶段发出起弧成功信号给主控计算机，并接收来自主控计算机对双逆变弧焊电源焊接电流和送丝控制端口的电压值的调整信号；

接口电路装置包括：模拟信号输出子模块、焊接开关子模块、过程状态检测子模块和机器人控制器通用I/O子模块，其中：

模拟信号输出子模块接收主控计算机发出的电压信号，将电压信号进行隔离、放大后输出到双逆变弧焊电源的焊接电源焊接电流和送丝控制端口；

焊接开关子模块接收主控计算机发出的数字电平信号，将数字电平信号隔离放大后输出到双逆变弧焊电源的起弧开关；

过程状态检测子模块负责检测双逆变弧焊电源内部的起弧成功及脉冲同步端子信号，并把检测到电平信号高、低值分别发送给主控计算机；

机器人控制器通用I/O子模块负责检测焊接机器人焊接关键位置点信号，并将该信号的电平值传输给主控计算机；

主控计算机是整个弧焊机器人焊接监控系统的核心，焊接机器人行走到待焊工件起弧位置点，主控计算机检测到来自机器人控制器通用I/O子模块发出的起弧位置点的高电平信号，同时向焊接开关子模块发送高电平信号，执行起弧操作；开始起弧阶段，主控计算机通过过程状态检测子模块不断检测起弧成功信号、脉冲同步信号电平值，当引弧成功信号为高电平时，向机器人控制器通用I/O子模块发送高电平信号，焊接机器人完成行走、焊接动作；焊接过程中，主控计算机在脉冲同步信号为低电平值时，接收视觉传感器提供的焊接熔池视觉信息，进行图像处理，并根据处理结果通过接口电路装置实时调整双逆变弧焊电源和控制焊接机器人；

机器人控制器负责检测焊接机器人起弧位置点的高电平信号，并把该高电平信号通过机器人控制器通用I/O子模块传送到主控计算机，并接收主控计算机通过机器人控制器通用I/O子模块发送的行走指令信号，并将行走指令信号传输给焊接机器人；

焊接机器人接收机器人控制器发送的行走指令信号，完成行走和焊接动作。

所述视觉传感系统，包括视觉传感器、图像采集卡，图像采集卡安装在主控计算机PCI(外设部件互连)插槽内，通过视频线和视觉传感器相连。